大跨度黃土隧道安全施工應對措施

孟兆偉 MENG Zhao-wei

（中鐵十七局四公司，重慶 401121）

（China Railway 17th Bureau Group No.4 Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）

大跨度黃土隧道安全施工應對措施

孟兆偉 MENG Zhao-wei

（中鐵十七局四公司，重慶 401121）

（China Railway 17th Bureau Group No.4 Engineering Co.，Ltd.，Chongqing 401121，China）

根據山西中南部鐵路通道呂梁指揮部管段內黃土隧道比例高，安全管理風險大的特點，通過對區域內黃土特性的深入研究和分析，形成了呂梁指揮部管段內黃土隧道施工安全管理的一套卡控措施，對全線黃土隧道施工安全管理提供了強有力的指導。

大跨度黃土隧道；黃土特性；施工安全；應對措施

0 引言

隨著鐵路建設的不斷發展，隧道施工作為地下工程重要的一種，施工安全越來越受到更加嚴峻的挑戰，施工安全管理工作面臨更大的壓力，山西中南部鐵路通道是我國第一條按30T軸重設計和施工的重載鐵路，隧道規模大，安全風險高，施工安全管理尤為重要。

1 工程概況

石樓隧道位于山西省呂梁市石樓縣與隰縣境內，為黃土高原丘陵地貌，地形起伏較大，隧道最大埋深約為252m，最小埋深約為10m。本隧道為單洞雙線隧道，線間距為4.0m。隧道進口里程為DK221+415，出口里程為DK234+225，全長12802m。隧道共設置斜井4座，長度分別為：320m、605m、940m、440m。石樓隧道作為全線重點隧道，黃土比例高，施工難度大，安全風險高。

2 黃土隧道地質情況

在隧道施工過程中，如果地基屬于黃土土質，對于這種土質，受到物理力學特性、結構、構造及水的作用的影響和制約，進而在一定程度上導致土體的自承能力出現不足。

2.1 黃土特性

2.1.1 老黃土基本特性 對于老黃土來說，由于地質的嚴密積壓過程的處理，在一定程度上使得顆粒間的大孔隙不具有濕陷性，進一步提高了土體的承載力。對于老黃土來說，由于埋藏深度較大，與新黃土相比，其含水率相對比較高，通常情況下達到15～40%，但是與隧道位置原始地應力相比強度要低，在這種情況下容易引發屈服，進而在一定程度上形成塑性區，導致塑性發生變形。

2.1.2 新黃土特性 對于新黃土來說通常情況下覆蓋在老黃土之上，并且新黃土的厚度在30～50米之間，同時在一定程度上顯現出質地均勻，含水率小，含水率一般情況下在5～15%，新黃土土質多孔，呈松散結構，在一定程度上受到節理切割的影響和制約，在垂直節理面上容易形成豎向的軟弱層，通常情況下，對于軟弱層來說，由于自身的粘聚力較小，并且軟弱面相互切割，在這種情況下容易形成與周邊圍巖粘聚力較小的面狀體，在開挖下部隧道的過程中，受開挖擾動，以及支護存在缺陷的影響，在自身重力的作用下容易出現塌方現象。

2.2 強度變化特性

在施工過程中，出現塌方，其中強度是主要的影響因素。開挖隧道的過程，可以說就是重新分布地層內應力的過程，在開挖隧道前，在天然應力的作用下，土體處于平衡狀態，開挖隧道后，開挖擾動破壞了原始的平衡狀態，在洞身周圍導致圍巖應力重新分布，由于黃土的強度比較低，開挖后，如果應力大于黃土本身的強度，在這種情況下，就會產生徑向塑形位移，進而在一定程度上形成塑形松動區，一部分應力被釋放，一部分向外部傳遞，松動區周邊繼續發生塑形變形，同時向外進行擴大。

2.3 工程特性

對于標段內的黃土，該土體比較特殊，通常情況下形成于第四紀的干旱、半干旱的條件下，進而在一定程度上使得黃色成為基本色調，其顆粒成分主要是粉粒，顆粒直徑通常情況下都小于0.005mm，在整個顆粒中約占50～75%，整個顆粒中幾乎沒有大于0.25mm的顆粒。對于黃土來說，由于自身的層理不明顯，并且在一定程度上具有柱狀節理，同時垂直節理發育，具有較強的直立性，彼此在水平方向上的連接性降低，黃土的強度也隨之降低，從而引起初期支護受力不均導致出現開裂變形和塌方，尤其洞身處于水位線以下的隧道，土體在水的作用下更易大幅降低強度出現塌方。所以說黃土的多裂隙性、濕陷性和崩解性等特點，導致了黃土隧道施工安全的管理難度進一步提高。

3 施工安全技術措施

隧道施工，嚴格規章制度，以隧道施工“六達標”為工作重點，通過標準化管理，對隧道施工、監理、設計、指揮部等加大監管的力度，在一定程度上落實安全措施和規范要求，進一步確保隧道施工的安全性。

3.1 黃土及軟弱圍巖總體施工要求 變形速度快、突發性和濕陷特性這是新黃土的主要特點，對于老黃土來說，則是蠕變特性，以及軟弱圍巖應力分布不均，尤其在地下水的作用下，洞身易產生不均勻沉降，穩定變形通常情況下需要一個較長的過程。因此，需要對開挖的空間、支護時間進行控制，在隧道內進行初期支護，即使在短期內無收斂和變形現象，通常情況下也需要及時進行二次襯砌。

3.2 施工前準備 在對隧道進行施工前，通常情況下，需要詳細勘察施工圖和地質條件、地形地貌等，在一定程度上進行詳細記錄與分析，進而提前發現問題，提出設計優化方案。如果隧道施工風險較高，需要對風險進行評估，為了確保施工的安全性，需要編制安全施工方案及風險防范措施，并且在施工前，將安全技術對施工人員進行交底。

3.3 洞口施工 標段內隧道洞口多位于新黃土內，干燥時的強度較高，但是受大氣降水的影響后，土體逐漸趨于飽和，塑形變形增大，尤其在反復的干濕膨脹和收縮下，土體極易出現裂隙，導致土體強度大幅降低，并在大氣降水的不斷催化作用下，洞口易出現塌陷、滑坡和坍塌，施工安全管理難度加大，所以說隧道洞口的安全和穩定受到黃土穩定性的影響和制約。

隧道進洞前，通常情況下，需要對隧道洞口的偏壓、淺埋或者滑坡體范圍等進行核對，如果隧道位于新黃土內和特軟弱圍巖，并且埋藏較淺時，在這種情況下需要對進洞的位置進行慎重的考慮。

3.4 隧道開挖

3.4.1 開挖方法 在隧道開挖過程中，采用二臺階法、三臺階七步流程開挖法進行施工，通常情況下需要設置臨時的仰拱進而在一定程度上對Ⅴ級及Ⅴ級加強地段進行相應的處理。在隧道開挖過程中，施工方法主要采用短臺階法進行施工，為了確保開挖的安全性，對于同一臺階，通常情況下，兩側的開挖需要錯開至少3～4米，并且在一定程度上不允許在同一臺階的同一斷面上同時開挖。

3.4.2 循環進尺和開挖步距 嚴格控制各個臺階的循環進尺，在單次開挖循環進尺方面，上臺階控制在1～2榀拱架，中臺階及下臺階控制在2榀拱架。在臺階施工長度方面，三臺階法控制在5米，二臺階法控制在10米，仰拱一次開挖長度應控制3m以內，仰拱及二襯的步距無論Ⅳ還是Ⅴ都應按照統一指標進行控制，且應比“鐵建設[2010]120號文”的要求提高5米的標準進行執行。

3.4.3 開挖方式 開挖黃土隧道后，全面貫徹落實人工配合機械開挖，使用大型機械設備一次開挖到位的現象在施工現象杜絕出現。在施工過程中，通常情況下需要預留一定的開挖斷面，然后通過人工的方式開挖到標準斷面。在開挖過程中，杜絕和減少超挖，結合新、老黃土的實際特性，一旦出現超挖現象，通過噴射砼進行填平，通過棄碴或片石進行回填堅決杜絕，開挖掌子面后，需要預留核心土，進而對掌子面（臨空面）和臺階底部的變形進行有效的約束。對于部分黃土隧道可能下部分為巖石，必須弱爆破，掌子面及時封閉。

3.5 初期支護 在隧道施工過程中，恪守“寧強勿弱”的原則，嚴格遵守設計的初期支護，在隧道開挖后及時進行初期支護施作，及時進行封閉成環；對于下部（邊墻），通常情況下，開挖后需要對鋼架進行及時落底接長處理，并且在一定程度上及時封閉成環。對于鋼拱架成品和半成品的加工質量要嚴格控制，對于腰部鋼架的連接、鎖腳錨管的錨固和連接等要控制好；對于黃土含水量明顯增加和土石分界面段處格柵鋼架改為鋼工拱架且對鎖腳錨管（錨桿）根數進行增加加強。當隧道圍巖分級幾方存在爭議時，通常情況下，按照提高一級圍巖等級的方式進行相應的處理，對于圍巖分級交替變化比較頻繁的，通常情況下對于圍巖較差的地段，需要向圍巖較好的地段延伸5～10m。在隧道內進行施工時，如果斷面發生突變，例如向正洞開挖斜井、安設通風機段，以及隧道內避車洞開挖段等，在這種情況下，通常需要提高圍巖的一個等級，對于支護參數設計院要做出相應的調整。

3.6 超前地質預報和監控量測 對地質及監控進行超前量測，需要按規定進行，在一定程度上對于地表溝槽、地形變化較大的地表沉降等要增加監測，將超前地質預報及監控量測納入到正常的施工工序中，將超前地質預報及監控量測的結果在一定程度上進行及時的傳遞與反饋，進而在一定程度上對設計方案進行優化，進一步確保隧道開挖的安全性。

3.7 隧道二襯 對于黃土隧道、軟弱圍巖地段及淺埋、偏壓、溝谷地段，二襯必須及時跟進，應盡量縮短開挖和二襯之間的距離，以減少暴露時間。特殊段落，可考慮單工序作業。圍巖較差地段的襯砌應向圍巖較好地段延伸，延伸長度宜為5～10m。

3.8 附屬洞室及下錨段施工 隧道施工時，附屬洞室位置處拱架必須與其他部位相同，一次安裝并落到底部，噴射混凝土時可以預留洞口位置或采取隔離的形式。小避車洞可以在二襯施工到達時割除鋼架做好防護和防水，與二襯同時施作。對于下錨段的襯砌，要提前研究普通襯砌臺車的適應性或采用專用襯砌臺車，應盡早進行襯砌。

4 施工安全管理措施

4.1 應急預案及演練

對于黃土隧道，除加強組織管理和人員培訓外，應建立符合各自實際的應急救援體系并加強演練，真正做到及時反映和有效救援，降低施工風險。石樓隧道依托本局組建的搶險救援隊，通過日常演練，極大地完善了應急救援體系。

4.2 其他重點注意事項

4.2.1 如果隧道施工時間停止過長，在這種情況下襯砌需要緊跟掌子面，如果停工，在這種情況下需要對掌子面通過噴砼進行封閉，并且在一定程度上留下監控量測資料，開工時需要監測對比隧道洞內外沉降變形情況，如果發現異常，通常情況下需要采取措施進行處理，進而確保施工的安全性。

4.2.2 按照地質情況進行鉆探，當在地表有沖溝、土石分界時，在這種情況下，土體的含水量要高于其他部位，黃土強度明顯不夠，所以在施工過程中需要提起高度的重視，進而在一定程度上完善應對措施。

4.2.3 黃土隧道施工必須遵行“重核對，先排水、短進尺、少擾動、早成環、勤量測、快襯砌、工序緊”。

標段內黃土隧道工程施工必須落實進洞人員實名制，施工現場封閉制，施工方法掛牌制,每個作業工點使用視頻監控系統。

4.3 實名制和掛牌制

實名制分兩部分，一是管理人員，全面推行架子隊管理，認真落實架子隊九大員制度，即：隊長、副隊長、技術負責人、技術員、質量員、安全員、試驗員、材料員、領工員；二是進洞施工人員，進場施工勞務工必須填寫《勞務工花名冊》，并對其身份進行認可。施工方法掛牌制，隧道施工方法要求經現場總監（組長）批準后，認真做好技術交底工作，掛牌在現場，并在施工中貫徹執行。

4.3.1 現場施工嚴格實行“三檢”和“兩巡”制度

作業隊安全、質量人員認真檢查每道作業工序安全措施和結構施作質量，分部專職安全、質量人員復檢，專職監理工程師進行認真查驗，檢驗人員要真正負起責任，認真和落實到位，并實行問題責任追究制。監理部總監、副總監、項目部的副指揮、總工要實行定期巡檢制度，以便能及時發現問題的苗頭，及時提出防范措施。

4.3.2 領導干部帶班

施工現場必須實行領導、干部帶班制度，做到人人肩上有擔子，事事有人管，保證領導干部深入現場，及時掌握施工動態，同時在現場設置值班室，做到信息暢通。

5 結束語

以石樓隧道為依托，通過以上對黃土隧道土體特性的深入研究和分析，形成了一套全面的施工安全卡控措施，取得了較好的效果，石樓隧道施工全程未發生安全事故，并在全線黃土隧道施工安全管理中起到了帶頭模范作用，卡控措施由晉豫魯鐵路通道公司在全線推廣和強制規定，有效地杜絕和減少了施工安全事故，降低了施工安全風險。

[1]郭忠濤,魏之軍.模糊綜合評價法在隧道施工環境安全評價中的應用[J].中小企業管理與科技(上旬刊),2011(08).

[2]郭剛.LEC風險分析方法改進及在隧道施工中的應用研究[J].價值工程,2012(30).

[3]張華強.淺埋黃土隧道施工注意事項[J].黑龍江科技信息,2012(06).

Countermeasures for Safety Construction of Large-span Loess Tunnel

The loess tunnel occupies a large proportion in the Lvliang command section of central and southern Shanxi railway channel,so there are big risks for safety management.Through in-depth analysis of the characteristics of the loess in the area,a set of controlling measures is formed,which can provide strong guidance for the whole line loess tunnel construction safety management.

large-span loess tunnel；loess characteristics；construction safety；countermeasures

孟兆偉（1982-），女，河北吳橋人，畢業于石家莊鐵道學院，現在從事工程施工安全質量管理工作。

U455.1

A

1006-4311（2014）13-0116-03